[发明专利]激光冷却中的测温方法

说明书

技术领域

本发明为一种测量激光冷却效果的方法，具体为利用相互垂直的两片刀口，同时测出激光冷却前后的温度，从而直观地观测激光冷却的效果，用于利用激光冷却进行原子光刻、超低温原子研究等各种实验之中。

背景技术

激光冷却后，原子的横向速度降低了几个数量级，使原子流经传输后的横向分布均匀度大大提高。激光冷却后的原子，由于横向速度很低，具有了可操控性，可以用于进一步的研究和应用，而这些研究是否能取得一定的成果，很大程度上取决于激光冷却的结果，即激光冷却的温度。

测量激光冷却的温度常用两种办法。一种称为释放-重捕法，即测量“光学粘胶”中原子发出的荧光，经过一小段时间后，突然将形成“光学粘胶”的6束激光关断极短时间，此时其中一些原子将自由飞走，然后又恢复6束激光，由关断前、恢复后测得的荧光强度就可得到仍留在“光学粘胶”中的原子的比例，由此即可推算出原子的温度。第二种方法称为飞行时间法，即将“光学粘胶”的激光束关断，其中的原子将被释放，在离开“粘胶”中心约几cm的地方设置一束探测激光，检测原子经过时被激发产生的荧光就可得到原子刚被释放时的速度分布，从而推算出“光学粘胶”中原子的温度。

以上两种方法一般应用于“光学粘胶”的大型实验当中。90年代后期，斯科腾等人提出了一种刀口技术来测量激光冷却的温度，用单一的刀口阻挡原子流的传输，由放置刀口后原子流横向分布的变化，可推算得出原子的横向温度。这种技术所用到的设备相对简单，比较容易在非大型实验室中实现，但是为但刀口存在的缺点是：只能得出一个方向上的原子温度，无法同时观察冷却前和冷却后的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供激光冷却中的一种新的测温方法，同时测量激光冷却后的原子横向温度和未经激光冷却的原子横向温度，从而比较得出激光冷却的效果。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：激光冷却中的测温方法，采用两片相互垂直的刀口，其中一片用来测量激光冷却后的原子横向温度，另一片用来测量未经激光冷却的原子横向温度，使该两个温度得以同时测出并进行比较得出激光冷却的效果。

首先确定原子流传输的路线，包括原子束从原子炉中出射后，经机械预准直、激光冷却、刀口的阻挡、激光会聚等等一系列传输路线与仪器摆放的位置；然后利用光学原理确定可行方案，将机械预准直的小孔中心调节在一条直线上；采用两片刀口，使其在x、z方向分别可调，并将其准确装校在原子束的传输路线上；计算CCD相机的各项参数，确定其摆放位置、拍照方法；用一道激光束，与原子束相互作用并产生可拍摄的荧光；使用CCD拍摄荧光照片，将荧光照片转化为原子流的分布图，基于相关的原理，设计图形及数学处理程序，对拍摄到的荧光照片进行处理及计算，得出原子的双向温度。

设原子炉温度为T₀，经激光冷却后的横向温度为T_c；将冷却激光束的方向设为x轴，原子流运动方向设为y轴，画出xy平面上的刀口及其它实验装置图；

原子流从激光冷却场边缘的横轴上开始传输，经过L₁后到达刀口所在的平面，此时刀口平面上的原子流分布为：